Antigen-Präsentation

Bei der Antigenpräsentation werden körpereigene und körperfremde Moleküle (Antigene) auf spezialisierte Proteinkomplexe geladen und so für bestimmte Immunzellen erkennbar gemacht. Bei der Antigenpräsentation werden unterschiedliche Wege eingeschlagen, die durch die Art des präsentierten Antigens (Peptidstruktur oder Lipide), der Herkunft des Antigens (intra- oder extrazellulär) und durch die Identität des präsentierenden Komplexes  = Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) Klasse I, Haupthistokompatibilitätskomplex (MHC) Klasse II oder durch CD1-Peptide definiert werden. 

 

MHC-II-Präsentationsweg

Exogene Proteine werden von Antigen-präsentierende Zellen (APC) über verschiedene Prozesse (Phagozytose, Endozytose oder Makropinozytose) von der betreffenden Zelle in Organellen (Phagosome, Endosome, Makropinosome) aufgenommen. Diese Organellen fusionieren mit den Enzym-reichen Lysosomen sowie auch untereinander. In diesen Organellen erfolgt die proteolytische Zerlegung der Proteine zu Peptiden. Die so aufgearbeiteten Peptide fügen sich mit dem MHC-Protein zu einem MHC-Peptidkomplex. Dieser wird anschließend an die Zelloberfläche transportiert, wo er vom spezifischen TCR- Komplex CD4-positiver Lymphozyten erkannt wird. Ein „Recyclin-Pathway“ erlaubt anschließend das Entlade, bzw. das erneute Beladen der MHC-II-Moleküle mit Peptiden.    

MHC-I-Präsentationsweg

Hierbei werden zytosolische Proteine, endogenen, viralen oder mikrobiellen Ursprungs vom Proteasom in Peptidfragemente zerlegt. Mikrobielle Proteine stammen hierbei aus Phagosomen, wo sie aufgenommen wurden und von denen aus sie wiederum ins Zytosol gelangen können.  Das Proteasom, ein zylindrischer Proteinkomplex, ist die zentrale Schaltstelle der Proteindegradation. Das Proteasom zerlegt nichtgefaltete Proteine, mittels ATP-abhängiger Proteolyse, in Peptidfragmente.  Nachden die nunmehr zu kleinen Einheiten zerlegten Peptide das Proteasom verlassen haben, binden sie an einen heterodimeren Transporterkomplex, TAP (transporters of antigen processing) genannt.  TAP transportiert den Komplex zum endoplasmatischen Retikulum (ER). TAP fügt sich mit den Chaperonen Tapasin, Calreticulin, Calnexin und ERp57 zum sog. "peptide loading complex“ (PLC) zusammen. Dieser Komplex stabilisiert das MHC-I-Protein, und ermöglicht anschließend seine Beladung mit Peptiden. Der MHC-I-Peptid-Komplex durchquert den Golgi-Apparat und wird dann auf die Zelloberfläche transportiert, wo er vom spezifischen Rezeptoren CD8-positiver zytotoxischer T-Lymphozyten erkannt wird.

Als Antigen-präsentierende Zellen (APC) wirken dendritische Zellen, Makrophagen und B-Lymphozyten. Die Art der APCs, mit der eine Helferzelle in Kontakt kommt, bestimmt deren funktionelle Differenzierung zu TH1-, TH0- oder TH2-Zellen wesentlich mit.

CD1-Präsentationsweg

Im Gegensatz zu Peptidantigenen werden Lipidantigene ( u.a. Fettsäuren, Glyzerinester, Sphingolipide) nicht in Verbindung mit dem Haupthistokompatibilitätskomplex - MHC  erkannt, sondern durch den CD1-Komplex der von bestimmten T-Zellen gebildet wird. Der CD1-Komplex ist in der Haut von besonderer Bedeutung, da CD1-Moleküle v.a. durch Antigen-präsentierende Zellen, APCs der Haut gebildet werden. Endogene Lipide mit höherer Affinität zur Bindetasche als das Schutzlipid binden an die Bindetasche. Der Lipid-CD1-Komplex wird ähnlich wie bei MHC-I über Transportvesikel an die Zellmembran transportiert und dort exozytiert. Zellmembranständige Komplexe aus endogenem Lipid und CD1 werden von der Antigen-präsentierenden Zelle in Membranvesikel eingeschlossen (endozytiert);  die Membranvesikel fusionieren mit den Phagolysosomen. Exogene Lipid-Antigene in Phagolysosomen, die eine größere Affinität zur Bindetasche des CD1-Moleküls haben als das in der Bindetasche befindliche endogene Lipid, verdrängen dieses aus der Bindetasche.  Der neue Lipid-CD1-Komplex wird durch Exozytose auf der Oberfläche der APC präsentiert.

Exogene Lipidantigene werden über Lipidrezeptoren mittels Phagozytose oder auch Endozytose in die Zelle aufgenommen. Nach Beladung der CD1-Moleküle mit neuen Lipidantigenen werden die neu geformten Komplexe auf der Zelloberfläche präsentiert. Anders als beim konventionellen Weg der Antigenpräsentation von Peptiden durch Genprodukte der Haupthistokompatibilitätsfamilie waren die Mitspieler der CD1-Antigenpräsentation bisher unbekannt. Unlängst wurde erkannt, dass bei der Prozessierung der Lipid-Antigene die Proteine Saposin-C (SAP-C)  und Saposin-A eine wichtige Rolle spielen.  Beide Saposine sind  befähigt Lipide (z.B. Lipide aus einer bakteriellen Membran) auf das CD1-Molekül zu übertragen sodass sie als Antigene präsentiert werden können.

 

1. Guermonprez P et al. (2002) Antigen presentation and T cell stimulation by dendritic cells. Annu Rev Immunol 20:621-667
2. Kotsias F et al. (2019) Antigen processing and presentation. Int Rev Cell Mol Biol 348:69-121